JPS61199048A - 超硬質合金及びその製法 - Google Patents

超硬質合金及びその製法

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JPS61199048A
JPS61199048A JP60040725A JP4072585A JPS61199048A JP S61199048 A JPS61199048 A JP S61199048A JP 60040725 A JP60040725 A JP 60040725A JP 4072585 A JP4072585 A JP 4072585A JP S61199048 A JPS61199048 A JP S61199048A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は特に高温耐摩耗性に優れた切削工具用超硬質合
金及びその製法に関する。
(従来技術) 超硬質合金としてはTiC基焼結合金(サーメット)及
びWC基焼結合金(超硬合金)がよく知られている。T
iCはWCに対しそれ自体耐酸化性及び鉄との耐反応性
に優れているため、T10基焼結合金はWC基焼結合金
と比べ高温使用時、即ち高速切削時の耐摩耗性が本来的
に優れている。
しかしながら、一般にTiC基焼結合金はこれに含有す
るTi、Cと鉄属金属とのぬれ性向上の目的でMo化合
物(MotCなど)を添加している。そのため焼結後の
組織は第2図に示す如(T10粒子を中心組織Aとして
その周囲にMoを含む固溶相である周辺組織Bが被覆し
た2重組織Cを呈しており、この2重組織C間は他の金
属及びその固溶相りで結合された構造となっている。こ
れは高温焼成段階で一旦金属相(Ni等)に溶解したM
o化合物が冷却段階で高融点で溶解せずして存在する゛
riC粒子の周囲に集中的に析出するためと考えられる
この様な2重組織を有する従来のTiC基焼結合金はN
 C基焼結合金と比べ高温耐摩耗性が優れているとは云
え、未だ充分ではない。その理由は前記周辺m職BばT
1金属成分に富んだ中心組織Aと比べ硬度が低くかつ耐
高温酸化性も劣り、高速切削時における高温雰囲気及び
被切削金属(例えば鉄)との反応により焼結体表面が食
われ、前記2重組織Cが中心組織A (’I’iC)を
内包したまま脱粒するものと考えられ、高温耐摩耗性に
優れたTiC本来の特性が充分発渾され得ない組織とな
っている。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明者は上記現状に鑑み鋭意研究の結果、前記T1金
属成分に広んだ凝TiC相(他の金属が若干固溶したT
iC相)が少なくとも1vloを含む硬質相と分離して
焼結体中に単独で一定量分散した組織を有する超硬質合
金は前記擬TiC相が中心組織としてトA○を含む固溶
相に包含される2重組織Cを呈するものと比べ高温耐摩
耗性が暑しるしく向上していることを知見した。
したがって、本発明は高温耐摩耗性に優れた超硬質合金
及びその製法を提供することを目的とする。
本発明によればN’b、Ta、Ti、W又はMoノ炭化
物、窒化物もしくは炭窒化物の1種以上を主体とする硬
質相と、T3−C成分に富んだid TiC相と、これ
ら各相を結合する金属結合相とからなり、前記凝TiC
相が焼結体の全体積に対して0.01〜20体積%存在
し、かつこの# Ti、C相が焼結体中に前記硬質相と
分離して単独で分散している超硬質合金が提供される。
本発明の結晶組織は8g1図に示す通りである。
即ち、Nb、Ta、Ti、W又はMoの炭化物、窒化物
もしくは炭窒化物の1種以上を主体とする硬質相2・間
に高温耐摩耗性に優れたTj−金属成分に富んだ(Id
 TiC相1・・・が単独で分散しこれらが金属結合相
3で結合された結晶組織はこの擬Ti−C相1・・・が
高速切削時に直接被切削物に乍用するので高温耐摩耗性
に優れた擬TiC相1・・・の特性を充分活かすことが
できると共に硬質相2・・・の脱粒を抑制することがで
きる。擬TiC相1・・が焼結体の全体積に対して0.
01体積%未満であると前記の1tJTLc相の高温1
耐摩耗特性を充分活かすことができず、擬T′LC相が
20体漬%を超えると焼結の靭性が劣化するものと考え
られる。擬TiC相の好ましい含有量は0.1〜15体
積%であり、より好ましくは0.2〜10体積%である
また、本発明はNb、Taの炭化物、窒化物もしくは炭
窒化物より選ばれる少なくとも1種の硬′a成分とTi
Cとのモル比が1/1〜3/1を満足する硬質主成分に
対し、WCを10〜30重量%と、TlNを5〜15重
量%と、!402Cを5〜20重量%とその他鉄属金属
を5〜20重量%とを添加し混合したlf扮体を焼成す
る超硬質合金の製ミ法が提供される。
Nbもしく r、仁’raの炭化物、窒化物、炭窒化物
より選ばれる少なくとも1種の硬質成分とT′LCとの
モル比を1/1〜3/1を満足した硬質成分とすると、
液相中で未溶解の前記硬質成分と未溶解のTiCとがほ
ぼ同量となる。一方、Nb及びTaの原子半径はTiの
原子半径より小さく、ぬれ性向上成分であるMoと靭性
向上成分であるWは前記N’b及び猟よりも小さい。し
たがって、一旦液相(金属相)に溶解したMo及びWは
原子半径の近いNb及びTaの炭化物、窒化物又は炭窒
化物上に選択的に析出して前記硬質相2の固溶体を形成
する。実際、該硬質相2はNb及び/又はTaの炭化物
、窒化物又は炭窒化物を主成分とする固溶体2bを中心
としてその周囲にMo及びWを主体とする(支)溶体2
aが形成された組織を呈している。その結果として、液
相中の未溶解TiCは前記Nb及びTaよυ原子半径が
大きいのでMo及びWが固溶し達くなり、若干は固溶し
たとしてもTiCに冨んだ擬TiC相が単独で結晶組織
内に分散して残存することとなる。
またTiNはTi−Cよりも融点が低いため焼成時にT
YCより先に金属相に溶解し、未溶解成分として残存す
る量が極めて少ない。
NbもしくはTaの炭化物、窒化物、炭窒化物より選ば
れる少なくとも1種の硬質成分とTiCとのモル比が1
/1〜3/1の範囲外であると擬TiC相が結晶組織中
に単独で存在し難くなり高温耐摩耗性(この摩耗性はフ
ランク摩耗性で測定する)が劣化する。WCが10〜3
0重量%の範囲外の場合、Mo2Cが20重量%を超え
る場合、TiNが5重量%未満の場合及び鉄属金属が2
0重量%を超える場合は前記耐摩耗性が劣化する。また
、Mo2Cが10重量%未満の場合、TiNが15重量
%を超える場合及び鉄属金属が5重量%未満の場合焼結
が充分に行われない。
(5j!施例1) 炭化ニオブ(Nbc 、平均粒径1μm)、窒化ニオブ
(NbC1平均粒径1μm)、炭窒化ニオブ(NbCN
 、平均粒径1 ”’ ) 、炭化pンpst(Ta、
C。
平均粒径1#)、窒化タンクyv (TaN 、  平
均粒径1μ渭)、炭窒化タンクiv (TaCN・ 平
均粒径1μm)、炭化チタン(Ti、C・平均粒径1μ
m)、窒化チタン(TiN・平均粒径1μfR)、炭化
タングステン(WC・平均粒径1μ肩)、炭化モリブデ
ン(Mo2C・平均粒径2μm)及び鉄属金属成分とし
てニッケル及び/又はコバルト(Ni、CO。
平均粒径2tim’)の各粉末を第1表の組成比と々る
ように秤量し、アセトン等の適当な液状媒体を加え、振
動ミルにより湿式混合を行ない混合ヌラリーを作成した
。混合終了後、乾燥して液体媒体を蒸発除去するととも
にパラフィンワックスを添加し、40メツシユパスして
造粒した。かくして得られた粉末を1000〜2000
 kg / !の圧力で成形し、その後300℃で仮焼
してワックスを除去し、さらに非酸化性雰囲気中で約1
500℃の焼成温度にて焼成することにより第1表に示
す各試料1〜44を得た。
第1表中試料1〜8は硬質成分として炭化ニオブ(Nb
C)と炭化チタン(Tic)とのモル比を1/1〜3/
1に変化させた場合のTiC単独相存在量、及びフラン
ク摩耗量を比較したものである。試料9〜18は硬質成
分として炭化ニオブ(NbC)及び炭化チタン(Tic
)と、それ以外のNl)もしくはTa の次化物、窒化
物もしくは炭窒化物より選ばれる2種又は3種をTiC
に対しそp比を372で夫々組成を変えることによりT
iC単独相の残存量及びフランク摩耗量を比較したもの
である。試料19〜44は炭化タングステン(WC) 
、窒化チタン(TiN)炭化モリブデン(MozC)及
び鉄属金属(CO及び又はNi)の組成比を変化させた
ものである。
尚、得られた各試料のフランク摩耗量は三角形インサー
ト(内接円9.5 mm、厚み4.9 mm )に加工
し、ド記切削条件及び被削材を用いて高速摩耗切削試験
を行った。
切削条件:a速度 V ” 200111/mb切込み
l :2 mm C送り f =0.3 WIIH/ reV15分間連
続切削 また、TiCの単独相残存量は得られた各試料を3μm
のダイヤモンドペーストで鏡面研摩し、その表面をエツ
チングした後、走査型電子顕微鏡にて観察した。
硬質成分をNbc 、 TiCに固定し、これらのモル
比を変えて検討した結果、Nbc /Ticがモル比1
/1〜3/1の範囲内である試料2〜6は焼結体中に単
独で存在する擬Tj−C相が2.0体積%存在しており
、このような焼結体のフランク摩耗量は約0゜25 m
m )以下に抑えられている。これに対し、Nbc /
 ’I’iCが上記範囲外である試料1.2.7及び8
はF18結体中に単独で存在する擬TiC相が全く存在
せず、このような焼結体のフランク摩耗量は0.35 
mtW以上であった。
また、硬質成分としてN−0C以外のNb及びTaの炭
化物、窒化物又は炭窒化物の1種又は2種とTYCとを
組合せた試料9〜18においては、前記と同様1”ic
とのモル比が1/1〜3/1の範囲内であれば焼結体中
に擬TiC相が約2体積%は単独で存在しており、これ
らのフランク摩耗量は0.28114111以下であっ
た。
さらに、硬質成分以外の組成、即ちWC,TiN。
Mo2C、及び金属結合成分であるC○及び又はN1が
上記発明の範囲内(但し硬質成分はNbc /Tieが
3/2)のものは焼結体中に擬TiC相が少なくとも1
.0体積%は存在しており、このような焼結体のフラン
ク摩耗量は0.29 mlF+以下であった。
これに対し、上記各組成が発明の範囲外である試料19
.23.24.29.30.34.35.40のものは
焼結不良となるか、または擬TiC相が焼結体中に単独
で存在しなくなり、フランク摩耗量も0.35 mm以
上である。
〔実施例2〕 実施例1の試料3と同様の組成について焼成温度を14
00℃及び1600℃として夫々数本焼成した。
上記温度範囲を選択した理由は1400℃未満では焼成
不足となシ焼結体の硬度が低下するためフランク摩耗量
は著しるしく劣化するものと考えられ、1600℃を超
えると過焼結となって粒成長が生じ上記同様に焼結体の
硬度が低下してフランク摩耗量が劣化するものと考えら
れるからである。上記焼成温度での実験結果は、 14
00℃での焼結体はこれに単独で存在する擬TiC相の
量は平均的15〜20体積%程度であシ、1600℃で
の焼結体はこれに単独で存在する擬TiC相の量は平均
的0.01〜0.1体積%程度であった。また、これら
の両温度で焼成した焼結体のフランク摩耗量は0.34
以下であった。
これらの実験例から焼結体中に擬’l’lc相の虚を0
.01〜20体積%としかつフランク摩耗量が少ない焼
結体を得るには少なくとも前記1400〜1600℃の
温度範囲内で焼成温度を制御すればx!j1表の試料3
の組成のもののみならず、上述の広い添加組成範囲にも
同様の結果が得られるものと考えられる。
(発明の効果) 上述の如く本発明は焼結体中に擬TiC相が硬質相と分
離して単独で分散し、との擬Tic相が焼結体中に0.
01〜20体積%存在するfJi織としたので、耐摩耗
性に優れたTic自体の特性を高速切削時に被切削物に
直接作用させることができ、従来の’ricがMoを含
む周辺組織内の中心組織となったものと比べ高温111
it摩耗性が著しるしく向上した超硬質合金を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の超硬質合金を研l!i後エツチングし
た表面を走査型電子顕微鏡写真にて観察した4000倍
の結晶組織図、?JIJ2図は上記と同様の方法にて観
察した従来サーフア、トの4000倍の結晶組織図であ
る。 1−擬TiC相 2・・・硬質相 3・−金属相

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Nb、Ta、Ti、W又はMoの炭化物、窒化物
    もしくは炭窒化物の1種以上を主体とする硬質相と、T
    iC成分に富んだ擬TiC相と、これら各相を結合する
    金属結合相とからなり、前記擬TiC相が焼結体の全体
    積に対して0.01〜20体積%存在し、かつこの擬T
    iC相が焼結体中に前記硬質相と分離して単独で分散し
    ていることを特徴とする超硬質合金。
  2. (2)Nb、Taの炭化物、窒化物もしくは炭窒化物よ
    り選ばれる少なくとも1種の硬質成分とTiCとのモル
    比が1/1〜3/1を満足する硬質主成分に対し、WC
    を10〜30重量%と、TiNを5〜15重量%と、M
    o_2Cを5〜20重量%と、その他鉄属金属を5〜2
    0重量%とを添加し混合した圧粉体を1400〜160
    0℃で焼成することを特徴とする超硬質合金の製法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63219547A (ja) * 1986-11-20 1988-09-13 サンドビック アクティエボラーグ 切削工具用の合金
US4957548A (en) * 1987-07-23 1990-09-18 Hitachi Metals, Ltd. Cermet alloy
JP2010144249A (ja) * 2008-12-16 2010-07-01 Sandvik Intellectual Property Ab サーメット部材およびサーメット部材を製造する方法

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